專利名稱：用于半導(dǎo)體晶片處理的光腔爐的制作方法
用于半導(dǎo)體晶片處理的光腔爐
契約由來(lái)
根據(jù)美國(guó)能源部與國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的管理者與經(jīng)營(yíng)者一可持續(xù)能源聯(lián) 盟，LLC之間的DE-AC36-08GC^8308號(hào)合同，美國(guó)政府對(duì)本發(fā)明享有權(quán)利。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體晶片制造涉及許多高溫步驟，例如磷擴(kuò)散、鋁合金化、涂層沉積、氫鈍 化、前觸點(diǎn)形成和其他處理。當(dāng)前，半導(dǎo)體晶片通常在傳統(tǒng)電熱爐或紅外線(IR)爐中 處理。電烤爐或電爐通常是昂貴的且使用起來(lái)很緩慢，而且可能導(dǎo)致半導(dǎo)體晶片扭曲變 形。在傳統(tǒng)處理烤爐中也會(huì)發(fā)生雜質(zhì)重新分布，因?yàn)殡s質(zhì)可從爐或烤爐的熱壁滲透進(jìn)晶 片或穿過(guò)上述熱壁滲透進(jìn)晶片。
快速熱退火爐是已知的，這些退火爐利用光能量源(光能源)快速升高半導(dǎo)體晶 片的溫度。然而，這些退火爐在提高加熱速度的同時(shí)，也可能增加正被處理的晶片的非 均一加熱。傳統(tǒng)的光輔助快速熱退火爐通常在晶片上產(chǎn)生非均一光能，這可能在晶片中 產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致可能的破裂和不期望的殘余電特性。舉例來(lái)說(shuō)，不均勻加熱或其 他處理變化可能導(dǎo)致非均一的電活化、缺陷或晶片變形。另外，若可在晶片上獲得非均 一光通量，則上述非均一光通量通常由于晶片表面多個(gè)區(qū)域上的不同輻射熱損失量而導(dǎo) 致不均勻的晶片加熱。
已知改進(jìn)的光處理爐，所述光處理爐可利用光子效應(yīng)增強(qiáng)熱反應(yīng)。然而，已 知的光爐通常是不適用于諸如在商用爐中期望的高生產(chǎn)量或連續(xù)操作的單批實(shí)驗(yàn)室爐。 另外，設(shè)計(jì)成處理單批或小批晶片的已知光實(shí)驗(yàn)室爐可能以非常高的光能損耗率有效操 作，因而比商業(yè)生產(chǎn)爐中所期望的效率低。
這里公開(kāi)的實(shí)施例意欲解決上述問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)?，F(xiàn)有技術(shù)的上述實(shí)例和 與其相關(guān)的局限僅僅是示例性的，而不是排他性的。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀說(shuō)明書(shū)并研 究附圖后將很容易了解現(xiàn)有技術(shù)的其他局限。發(fā)明內(nèi)容
結(jié)合僅僅是示例性且示意性而不限制范圍的系統(tǒng)、工具和方法描述和舉例說(shuō)明 下面的實(shí)施例和其方面。在多個(gè)實(shí)施例中，已減少或消除了上述問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)， 而其他實(shí)施例則針對(duì)其他改進(jìn)。
這里公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例是具有與光腔(optical cavity)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)光能量源的光 腔爐。所述多個(gè)光能量源可以是燈或適用于產(chǎn)生適當(dāng)級(jí)光能的其他裝置。光腔爐也可包 括與所述光能量源相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)反射器或者一個(gè)或多個(gè)壁，以使得反射器和壁限 定光腔。壁可具有任何期望的構(gòu)造或形狀，以增強(qiáng)爐作為光腔的操作。光能量源可相對(duì) 于限定光腔的反射器和壁設(shè)置(或定位)于任何位置。舉例來(lái)說(shuō)，能量源可設(shè)置于頂壁、 側(cè)壁或底壁中。光能量源可設(shè)置成在光腔內(nèi)的不同位置處獲得所期望的通量級(jí)。舉例來(lái) 說(shuō)，選定光能量源可安置成更靠近晶片邊緣，以補(bǔ)償可能的晶片邊緣冷卻效應(yīng)。
反射器可制造成壁內(nèi)或壁上的結(jié)構(gòu)。另外，光能量源可相對(duì)于爐的光腔橫向、 平行或成一定角度地定向。光能量源因而相對(duì)于光腔位于任何期望位置處。光腔爐可進(jìn) 一步包括用于輸送一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶片通過(guò)光腔的半導(dǎo)體晶片輸送系統(tǒng)。半導(dǎo)體晶片 輸送系統(tǒng)可以是任何合適類型的輸送系統(tǒng)，包括但不限于機(jī)械托架(車架)、機(jī)動(dòng)輸送或 傳送帶系統(tǒng)。
限定光腔的反射器和壁可具有漫反射表面。漫反射光腔表面有利于確保光能在 腔內(nèi)高效且均勻地反射并具有最小的光能損失。光腔爐也可包括位于光腔內(nèi)在輸送系統(tǒng) 與漫反射表面之間的透射包覆件。
可獨(dú)立控制與光腔爐相關(guān)的不同處理參數(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，可提供通量控制器， 該通量控制器控制輸入每個(gè)光能量源的功率，上述光能量源可與選定的能量源安置一起 獲得沿選定維度或通過(guò)光腔爐的選定區(qū)域的選擇通量分布。通量分布可變化或可完全調(diào) 節(jié)?？商峁┹斔退俾士刂破鳎撦斔退俾士刂破骺刂瓢雽?dǎo)體晶片輸送通過(guò)光腔爐的速 率。類似地，可提供處理物質(zhì)控制器，該處理物質(zhì)控制器控制可通過(guò)特定入口或出口引 入光腔內(nèi)的諸如處理氣體的處理物質(zhì)的引入或排出。處理物質(zhì)出口可位于輸送系統(tǒng)平面 下方或遠(yuǎn)離輸送系統(tǒng)平面，以最小化處理物質(zhì)與光能量源的相互作用。
另一個(gè)實(shí)施例是處理半導(dǎo)體晶片的方法，其包括輸送半導(dǎo)體晶片通過(guò)上述光腔 爐。該方法可包括使晶片經(jīng)受來(lái)自光能量源的通量?？筛鶕?jù)選定或控制的通量分布(圖) 提供通量。類似地，也可控制半導(dǎo)體晶片輸送通過(guò)光腔爐的速率或者添加或提取處理物 質(zhì)。
除了上述示例性方面和實(shí)施例外，參照附圖并研究下文的描述后將很容易了解 其他方面和實(shí)施例。


在附圖中舉例圖解了示例性實(shí)施例。應(yīng)理解，所公開(kāi)的實(shí)施例和附圖是示意性 而非限制性的。
圖1是光腔爐的透視圖。
圖2是圖1中的光腔爐的橫截面圖。
圖3是選定的均勻加熱晶片的光通量分布的圖形表示。
圖4是替換光腔爐的透視圖。
圖5是替換光腔爐的透視圖。
圖6是圖5中的光腔爐的示意性俯視圖。
圖7是圖5中的光腔爐的示意性正截面圖。
圖8是代表性通量分布的圖形表示。
具體實(shí)施方式
圖1以非限制性實(shí)例的方式示出了光腔爐10的一個(gè)實(shí)施例。光腔爐10包括沿 長(zhǎng)度L分布的多個(gè)光能量源12a-n。雖然光能量源12在圖1中被示出為平行于長(zhǎng)度L設(shè) 置在光腔爐10的頂部和側(cè)面的燈，但是應(yīng)注意，該構(gòu)造不是典型地或限制性的。相反， 如下文所述，多個(gè)實(shí)施例將以分布在光腔爐的頂部、側(cè)面和底部上以實(shí)現(xiàn)特定通量目標(biāo)的光能量源12為特征。
就使用具有大致細(xì)長(zhǎng)圓柱形形狀的燈而言，燈可垂直于長(zhǎng)度L、平行于長(zhǎng)度L或 相對(duì)于長(zhǎng)度L以選定角度設(shè)置。光腔爐10不限于任何特定數(shù)目的光能量源12或任何特 定類型的光能量源12?？蛇x擇光能量源12的任何合適數(shù)目和定向，以實(shí)現(xiàn)這里公開(kāi)的特 定半導(dǎo)體制造目標(biāo)。
可從產(chǎn)生具有期望強(qiáng)度、波長(zhǎng)或其他光特性的能量的任何類型的裝置中選擇光 能量源。舉例來(lái)說(shuō)，光能量源12可以是沿著光腔爐10的長(zhǎng)度L布置的多個(gè)鹵鎢燈。光 能量源12可具有非平面孔口?？墒褂枚鄠€(gè)混合類型的燈或光源來(lái)實(shí)現(xiàn)選定的制造目標(biāo)。
如圖1所示，每個(gè)光能量源12a-n可與一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)反射器14相關(guān)聯(lián)(或相 連)。反射器可位于光腔爐10的頂壁、側(cè)壁或底壁內(nèi)。雖然圖1中的反射器14與位于 光腔爐10的頂部和側(cè)面且平行于長(zhǎng)度L設(shè)置的燈對(duì)應(yīng)，重要的是注意該構(gòu)造不是典型的 或者限制性的。另外，反射器14和對(duì)應(yīng)燈可平行于光腔爐10的長(zhǎng)度L、橫向于長(zhǎng)度L或 相對(duì)于長(zhǎng)度L以選定角度設(shè)置。在許多情況下，反射器14可制造在光腔爐壁內(nèi)或其上。 反射器14可具有任何類型的反射表面；然而，如本文所述，如果反射器具有漫反射表面 而非鏡面反射表面，則可呈現(xiàn)出一些優(yōu)點(diǎn)。
—個(gè)或多個(gè)壁16可與光能量源12相關(guān)聯(lián)，以使得壁16與反射器14 一起限定光 腔18。這里使用的光腔18是照明空間，在照明空間中，可通過(guò)來(lái)自多個(gè)反射表面或多個(gè) 反射表面之間的反射或通過(guò)直接輻射施加光能。
圖1中的光腔爐10實(shí)施例的壁16鉸接且可打開(kāi)，以提供進(jìn)入腔18的通路。圖 1示出了壁打開(kāi)的光腔爐10。圖2示出了壁在操作狀態(tài)下關(guān)閉的光腔爐10。壁16可構(gòu) 造或成形為在爐內(nèi)實(shí)現(xiàn)特定通量條件。舉例來(lái)說(shuō)，壁可定向?yàn)橄鄬?duì)于預(yù)期的半導(dǎo)體晶片 位置提供多個(gè)光能漫反射。光腔18的反射器14和漫反射壁16便于沿光腔爐10的長(zhǎng)度 L的任何選定位置處的定制通量特性。如下文詳細(xì)描述的那樣，可通過(guò)多種方式操縱和 控制沿長(zhǎng)度L的多個(gè)位置處的通量分布。光腔爐10的反射器14和漫反射壁16可由任何 漫反射高溫材料制成。舉例來(lái)說(shuō)，光腔爐10的反射器14和壁16可由諸如Zircar的高溫 陶瓷材料制成。其他類似材料也同等適用于光腔爐10的構(gòu)造。
在光腔爐10內(nèi)的硅晶片或一系列晶片上獲得均一溫度可能是非常困難的，因?yàn)?在存在幾乎完美均一的光通量的情況下，晶片在邊緣處將具有略微較低的溫度。存在觀 察到的較低的邊緣溫度，因?yàn)榫鋮s主要通過(guò)輻射損失以及處理氣體流動(dòng)導(dǎo)致的對(duì)流 發(fā)生。因?yàn)榘l(fā)自晶片邊緣的輻射比在晶片其余部分上看到的輻射相對(duì)高，所以在均一通 量下晶片邊緣通常比晶片其余部分冷。因此，如圖3中的圖形所示，在晶片20上實(shí)現(xiàn)橫 向均一的溫度分布的一種途徑是增大晶片邊緣處的光通量(由通量分布21以圖形方式示 出)。圖2示出了實(shí)現(xiàn)該目的的一種方法是將光能量源(例如12a)設(shè)置在邊緣附近更靠 近晶片處，因而增大了邊緣處的通量密度。該配置對(duì)于設(shè)計(jì)成一次加熱一個(gè)晶片的較小 實(shí)驗(yàn)室爐也是有用的，在此情況下可在X和Y兩個(gè)方向上施加增加的通量。
圖2是垂直于長(zhǎng)度L獲得的與圖1類似的光腔爐10的示意性橫截面圖。圖2的 視解了光腔18的概念，在該光腔中，光能量源12的位置被選擇，以最小化邊緣損 失。具體地說(shuō)，與外晶片邊緣對(duì)應(yīng)的光能量源1 可設(shè)置成比與內(nèi)晶片或中心晶片對(duì)應(yīng) 的光能量源12η更靠近晶片表面。另外，來(lái)自多個(gè)光能量源12的光從反射器14和壁16漫反射，以照射代表性的半導(dǎo)體晶片20，而直接散射和漫反射的光在晶片20的表面處產(chǎn) 生特別選定的通量。雖然圖2中未示出，但是光能量源12可額外與光腔爐10的前壁、 端壁或底壁相關(guān)聯(lián)。另外，燈不是必須沿一致方向定位。如下文詳細(xì)描述的那樣，可選 擇光能量源12的位置和這些源的定向，以確保光腔18內(nèi)的任何期望通量特性。以這里 描述的光腔18為特征的爐可顯著地比已知光爐更高效，因?yàn)閹缀跛泄舛枷拗圃跔t內(nèi)并 具有最小的光功率損失。
光腔爐10也可包括用于沿光腔18的長(zhǎng)度L輸送半導(dǎo)體晶片20或者一系列或成 批晶片的系統(tǒng)。多種類型的帶、托盤(pán)、滾子、機(jī)械化托架或其他裝置可用于沿一維、例 如光腔爐10的長(zhǎng)度L輸送一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶片20。通過(guò)非限制性的實(shí)例，傳送帶22 被示出作為圖1中的代表性的輸送系統(tǒng)。傳送帶22可由諸如石英、石墨網(wǎng)或其他材料的 適當(dāng)材料制成，可選擇所述材料，以承受在光腔18內(nèi)存在的高溫和強(qiáng)光能。傳送帶22可 包括設(shè)計(jì)成在帶22或其他輸送系統(tǒng)的表面上保持和支撐晶片20的一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)。 通過(guò)將晶片保持在帶或輸送系統(tǒng)上，可實(shí)現(xiàn)晶片下側(cè)的適當(dāng)加熱。這在光腔爐10包括位 于下側(cè)和底壁16上的光能量源的情況下是特別重要的。
如圖2和4所示，光腔爐10也可包括位于帶22或其他晶片輸送系統(tǒng)與限定光腔 18的壁16和反射器14的漫反射表面之間的透射包覆件M。透射包覆件M能夠透光， 因而光能可以穿過(guò)包覆件到達(dá)半導(dǎo)體晶片。包覆件可由石英或其他具有適當(dāng)高溫特性的 透射材料構(gòu)成。透射包覆件M用于進(jìn)一步發(fā)散、緩和以及控制提供給半導(dǎo)體晶片20的 光通量強(qiáng)度。因此，如果期望，包覆件可裝配有傳感器和反饋機(jī)構(gòu)，以對(duì)入射在半導(dǎo)體 晶片20上的光能進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。透射包覆件M也可用于限定在體積上比整個(gè)光腔18 小的處理室25。較小的處理室25將會(huì)對(duì)于如下文描述高效執(zhí)行氣體處理步驟有用。
也如圖4所示，透射包覆件對(duì)和/或光腔爐10可裝配一個(gè)或多個(gè)適當(dāng)入口沈和 出口觀開(kāi)口，上述開(kāi)口允許多種物質(zhì)、諸如半導(dǎo)體器件處理所需的氣體流經(jīng)處理室25。 限定處理室25的透射包覆件M可用于確保從處理室附近或如下文所述從晶片平面下方施 加和移除處理氣體或其他處理物質(zhì)。流經(jīng)光腔爐10的氣體或其他物質(zhì)可包括但不限于諸 如用于冷卻目的的氬氣或其他惰性氣體的選定用于控制溫度的氣體。或者，氣體可直接 包含在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的多個(gè)處理步驟中，諸如磷擴(kuò)散、氫鈍化或涂層沉 積中。
可沿諸如光腔爐10的長(zhǎng)度L的維度分布多個(gè)入口沈和出口觀，以使在各種處 理步驟中所需的各種物質(zhì)流入爐10或處理室25內(nèi)。另外，重要的是注意，在半導(dǎo)體處 理中存在可出現(xiàn)形成流出蒸汽的情形。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)合金化通過(guò)絲網(wǎng)印刷工藝形成的接 觸件時(shí)，可能在加熱處理的初始階段中形成蒸汽。這些或其他蒸汽倘若不適當(dāng)排盡，則 可能與制造步驟的適當(dāng)完成相沖突。在一些情況下，可能期望將出口或排氣孔設(shè)置在光 腔18底部、包覆件M附近，或者遠(yuǎn)離光能量源12設(shè)置出口。舉例來(lái)說(shuō)，如果光能量源 主要設(shè)置在光腔頂部附近，則排氣口可位于晶片輸送系統(tǒng)限定的平面下方。排氣口遠(yuǎn)離 光能量源設(shè)置的構(gòu)造允許移除蒸汽，而不會(huì)存在與光能量源相沖突或者光能量源對(duì)蒸汽 過(guò)度加熱的風(fēng)險(xiǎn)。類似地，諸如Ar、N2和O2的處理所需氣體以及冷卻光能量源所需的 氣體、例如N2可從任一端或沿著光腔側(cè)面供給到光腔或包覆件M中。冷卻氣體尤其可 從位于光能量源后方的噴嘴注入，以最佳便利于這些元件的冷卻。
如上所述，光能量源12可沿著一個(gè)維度分布，例如沿著光腔爐10的長(zhǎng)度L且 相對(duì)于光腔爐10的側(cè)面、頂部或底部以任何期望的定向或構(gòu)造分布。輸入任何選定燈或 其他能量源的功率可以獨(dú)立選擇或控制。因此，可例如通過(guò)處理計(jì)算機(jī)控制爐內(nèi)的一定 位置處的通量強(qiáng)度和通量分布，且上述通量強(qiáng)度和通量分布可按需要沿著長(zhǎng)度L變化， 以實(shí)現(xiàn)選定的處理目標(biāo)?？烧{(diào)節(jié)或選擇光腔爐10的寬度和整個(gè)尺寸，以適應(yīng)期望的生產(chǎn) 率。
這里公開(kāi)的光腔設(shè)計(jì)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它可易于密封而不會(huì)影響可獲得的通量分 布。爐長(zhǎng)度L和晶片輸送穿過(guò)爐的速率均與這里描述的爐內(nèi)維持的不同通量區(qū)內(nèi)的晶片 停留時(shí)間相關(guān)。
這里描述的光腔爐的不同實(shí)施例也與商業(yè)操作所需的高生產(chǎn)能力或半導(dǎo)體晶片 的連續(xù)處理相適應(yīng)。在使用時(shí)，在適當(dāng)?shù)难b置、例如圖1中的傳送帶系統(tǒng)22上輸送供應(yīng) 的半導(dǎo)體晶片20穿過(guò)光腔爐10。因此，半導(dǎo)體晶片20沿長(zhǎng)度L從光腔爐10的一端輸 送至相反端。當(dāng)晶片20輸送通過(guò)爐時(shí)，可連續(xù)或并行完成若干處理步驟，因而降低了總 晶片制造成本。因?yàn)楣馓幚硎褂昧斯庾有?yīng)且因?yàn)榭山M合若干處理步驟，所以這里描述 的光腔爐10的能耗明顯比傳統(tǒng)熱爐的能耗低。這里描述的光腔爐10的不同實(shí)施例也提 供了對(duì)處理步驟的大量控制。
舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)半導(dǎo)體晶片20輸送通過(guò)爐時(shí)，可主動(dòng)控制若干處理變量，以實(shí)現(xiàn) 選定的處理結(jié)果。這些變量包括但不限于輸送系統(tǒng)移動(dòng)晶片穿過(guò)爐的速率(可以是可變 速率)、諸如處理氣體的物質(zhì)進(jìn)入處理室25內(nèi)的選擇性和可變引入以及應(yīng)用至選定光能 量源12的功率。這些和其他可控變量可手動(dòng)控制或例如通過(guò)使用合適的計(jì)算機(jī)由自動(dòng)化 系統(tǒng)控制，所述計(jì)算機(jī)具有通量控制、處理物質(zhì)控制、輸送速度控制或其他控制功能。 雖然可組合操縱一些處理變量，以獲得期望結(jié)果，但是也可獨(dú)立控制每個(gè)變量。在選定 的時(shí)間段內(nèi)呈現(xiàn)在晶片表面處的總通量是通過(guò)光能量源的相對(duì)位置在晶片附近施加至光 能量源12的光功率以及晶片輸送通過(guò)相關(guān)通量區(qū)的速率的函數(shù)?？煽刂七@些變量中的任 一個(gè)，以獲得特定通量分布，同時(shí)在一系列晶片或選定晶片的不同區(qū)域上維持一致的溫 度。類似地，注入處理室25內(nèi)的不同物質(zhì)、例如不同處理氣體的效應(yīng)是注入和排出處理 室25的處理氣體的性質(zhì)、可由光功率控制器控制的溫度和光子效應(yīng)以及晶片輸送通過(guò)爐 的速率的函數(shù)。可獨(dú)立控制這些和其他變量中的每一個(gè)，以實(shí)現(xiàn)高效的總體晶片處理。
通過(guò)光處理，可通過(guò)計(jì)算機(jī)分析預(yù)測(cè)給定通量分布產(chǎn)生的晶片20上的熱應(yīng)力和 可能的缺陷生成。因此，可最小化缺陷晶片處理的風(fēng)險(xiǎn)和廢物。當(dāng)使用這里描述的光腔 爐10時(shí)，重要的是注意，任何選定晶片20上的熱效應(yīng)或熱應(yīng)力將受到晶片在傳送帶22 或其他晶片輸送系統(tǒng)上的位置的影響。舉例來(lái)說(shuō)，所有晶片將傾向于從其邊緣比從其中 心輻射更多的熱量?？砂仓贸騻魉蛶?2中心的晶片，以使得它們的相鄰邊緣彼此非常 接近。因此，通過(guò)靠近相鄰晶片邊緣來(lái)緩和邊緣輻射的效果。因此，可最小化選定晶片 20的邊緣與中心之間的熱應(yīng)力。相反，帶22的外緣上的晶片將經(jīng)受更劇烈的邊緣冷卻。 如上所述，可選擇光能量源12的分布，以產(chǎn)生期望的通量分布。舉例來(lái)說(shuō)，可在側(cè)壁中 安置額外的能量源，以補(bǔ)償來(lái)自外組晶片20的外緣的輻射。
這里描述的光腔型光爐的不同實(shí)施例可用于許多半導(dǎo)體晶片處理步驟。這里 公開(kāi)的爐實(shí)施例可用于例如N/P結(jié)形成、背面場(chǎng)制備的鋁合金化、觸點(diǎn)形成、吸除(吸氣)、前觸點(diǎn)形成、氫鈍化、磷擴(kuò)散和許多其他處理步驟。
使用光處理可增大每個(gè)處理步驟的總體速度并進(jìn)而進(jìn)一步降低能耗。光處理提 供了高效的雜質(zhì)(溶解雜質(zhì)以及淀析雜質(zhì))吸除。因此，如果通過(guò)光處理生產(chǎn)，則可預(yù) 期諸如受到雜質(zhì)的不利影響的太陽(yáng)能電池的半導(dǎo)體晶片將具有較高效率。
這里公開(kāi)的另一實(shí)施例是一種處理半導(dǎo)體晶片的方法。該方法包括輸送晶片20 通過(guò)如上所述的光腔爐10。在晶片輸送通過(guò)光腔爐10時(shí)，其將經(jīng)受光通量分布，該光通 量分布可以為可變通量分布。另外，當(dāng)半導(dǎo)體晶片20輸送通過(guò)選定的通量區(qū)時(shí)，可向半 導(dǎo)體晶片20施加諸如處理氣體的不同物質(zhì)。一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶片20輸送通過(guò)光腔爐 10的速率或速度可以變化或受到控制。透射包覆件M可在光腔爐10內(nèi)應(yīng)用且位于半導(dǎo) 體晶片20與光能量源12之間，以控制溫度或熱積累、限定處理室并確保光腔爐10內(nèi)給 定位置處的均勻通量分布。
上文詳細(xì)描述的光腔爐10的實(shí)施例也適用于半導(dǎo)體晶片的連續(xù)或相對(duì)大批量生 產(chǎn)。這里描述的概念也可應(yīng)用于諸如通常在研究設(shè)置中使用的較小單個(gè)晶片或小批量烤 爐。圖5-7示出了較小研究型光腔爐40的一種可能構(gòu)造。圖1中的研究型光腔爐40與 生產(chǎn)光腔爐10之間的一個(gè)區(qū)別在于，諸如傳送帶22的輸送機(jī)構(gòu)對(duì)于小批量或單個(gè)晶片處 理可能不是必需的。在小批量或單個(gè)晶片光腔爐40中仍然重要的是，可控制晶片上的通 量分布。因此，如圖5-7所示，光能量源42可配置在可獨(dú)立控制的不同區(qū)中。舉例來(lái) 說(shuō)，圖5-7中的實(shí)施例包括中心區(qū)44、前后區(qū)妨a和46b以及側(cè)區(qū)48a和48b。最佳如 圖7所示，可選擇這些區(qū)的總體布置，以實(shí)現(xiàn)期望的光通量分布特性。舉例來(lái)說(shuō)，側(cè)區(qū) 48a和48b可相對(duì)更靠近包覆件50和容納在其中的晶片50，以增大晶片52的邊緣上的通 量密度。另外，施加至光能量源42的功率水平和功率持續(xù)時(shí)間可由區(qū)或獨(dú)立光能量源控 制。
如圖5所示，單個(gè)晶片小批量光腔爐40也可包括氣體入口或氣體出口，以提供 和提取必要的處理氣體。
實(shí)例
僅出于示例性目的提供以下實(shí)例，并且所述實(shí)例不意欲限制這里公開(kāi)的若干實(shí) 施例中的任一個(gè)的范圍。光腔爐10或40可用于這里未在詳細(xì)實(shí)例中描述的多個(gè)處理步馬聚ο
實(shí)例1
圖8是鋁墨燒制處理所需的典型通量分布的圖形表示。該處理適用于硅太陽(yáng)能 電池制備中的前觸點(diǎn)形成。出于此預(yù)示性實(shí)例，假設(shè)期望每小時(shí)900個(gè)晶片通過(guò)上文所 述的光腔爐10的生產(chǎn)量。還假設(shè)光腔爐10的寬度建構(gòu)成適用于每行輸送并處理9個(gè)晶 片。
每小時(shí)900個(gè)晶片的期望生產(chǎn)量結(jié)合爐寬度需要1小時(shí)(3600秒)處理100行晶 片。因此，每行晶片的供給速率是每36秒送入烤爐(或從烤爐移出)一行。典型的太陽(yáng) 能電池晶片是具有約5英寸邊長(zhǎng)的正方形。因此，必須每秒約0.14英寸的初始帶速，以 實(shí)現(xiàn)期望的供給速率。必須考慮鋁墨燒制處理的總處理時(shí)間，以確定此預(yù)示性實(shí)例所需 的爐長(zhǎng)度?？偺幚頃r(shí)間約為60秒干燥鋁墨、60秒烘烤墨、10秒合金化鋁和60秒冷卻。 因此，此處理的總處理時(shí)間約為以0.14英寸每秒的3分鐘。因此，合適的爐長(zhǎng)度將為約34英寸。如圖4所示，上述干燥、烘烤、合金化和冷卻步驟中的每一個(gè)期望的總通量是 變化的，且步驟與步驟之間不同。每個(gè)步驟的所述通量變化可如上文所述通過(guò)控制當(dāng)晶 片輸送通過(guò)爐時(shí)施加至適當(dāng)光能量源的功率和位置實(shí)現(xiàn)?；蛘撸煽刂戚斔退俾?，同時(shí) 保持或獨(dú)立控制局部通量。雖然鋁墨燒制處理不需要施加處理氣體，但是也可經(jīng)由上述 入口沈和出口觀施加或排出處理氣體。
雖然上文已討論了多個(gè)示例性方面和實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解對(duì)這 些方面和實(shí)施例的一些變型、替換、附加和子組合。應(yīng)當(dāng)理解，以下所附權(quán)利要求和以 后引入的權(quán)利要求應(yīng)解釋為包括落入權(quán)利要求的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這些變型、替 換、附加和子組合。
權(quán)利要求
1.一種光腔爐，其包括多個(gè)光能量源；與所述光能量源相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)反射器；與所述光能量源相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)壁，其中所述壁和反射器限定光腔，且所述光 能量源與所述光腔相關(guān)聯(lián)；以及半導(dǎo)體晶片輸送系統(tǒng)，其用于輸送半導(dǎo)體晶片通過(guò)所述光腔。
2.如權(quán)利要求1所述的光腔爐，其特征在于，所述反射器和壁包括漫反射表面。
3.如權(quán)利要求1所述的光腔爐，其特征在于，進(jìn)一步包括與所述光腔爐的頂壁、底壁 和側(cè)壁中的一個(gè)以上相關(guān)聯(lián)地設(shè)置的光能量源。
4.如權(quán)利要求1所述的光腔爐，其特征在于，所述光能量源中的至少一個(gè)比所述光能 量源中的另一個(gè)更靠近所述半導(dǎo)體晶片輸送系統(tǒng)，以在晶片表面上的選定位置上獲得選 定的通量密度。
5.如權(quán)利要求1所述的光腔爐，其特征在于，進(jìn)一步包括位于所述光腔內(nèi)在所述半導(dǎo) 體晶片輸送系統(tǒng)與所述漫反射表面之間的透射包覆件。
6.如權(quán)利要求1所述的光腔爐，其特征在于，所述半導(dǎo)體晶片輸送系統(tǒng)包括傳送帶。
7.如權(quán)利要求1所述的光腔爐，其特征在于，進(jìn)一步包括對(duì)所述光能量源中的至少一 個(gè)的獨(dú)立可控功率輸入。
8.如權(quán)利要求7所述的光腔爐，其特征在于，進(jìn)一步包括通量控制器，其與多個(gè)光能 量源工作地關(guān)聯(lián)，以控制輸入選定光能量源的功率，從而獲得所述光腔內(nèi)的選擇通量分 布。
9.如權(quán)利要求1所述的光腔爐，其特征在于，進(jìn)一步包括輸送速率控制器，其與所述 半導(dǎo)體晶體輸送系統(tǒng)工作地關(guān)聯(lián)。
10.如權(quán)利要求1所述的光腔爐，其特征在于，進(jìn)一步包括進(jìn)入所述光腔的一個(gè)或多 個(gè)處理物質(zhì)入口和排出所述光腔的一個(gè)或多個(gè)處理物質(zhì)出口。
11.如權(quán)利要求10所述的光腔爐，其特征在于，進(jìn)一步包括位于所述半導(dǎo)體晶片輸送 系統(tǒng)限定的處理平面下方的一個(gè)或多個(gè)處理物質(zhì)出口。
12.如權(quán)利要求10所述的光腔爐，其特征在于，進(jìn)一步包括處理物質(zhì)控制器，其與一 個(gè)或多個(gè)處理物質(zhì)入口或處理物質(zhì)出口工作地關(guān)聯(lián)。
13.如權(quán)利要求1所述的光腔爐，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)光能量源包括非平面孔
14.一種光腔爐，其包括用于產(chǎn)生光能的構(gòu)件；用于在光腔中漫反射光能的構(gòu)件；以及用于輸送半導(dǎo)體晶片通過(guò)所述光腔的構(gòu)件。
15.如權(quán)利要求14所述的光腔爐，其特征在于，所述用于產(chǎn)生光能的構(gòu)件包括多個(gè)能 量源，且所述光能量源中的至少一個(gè)比所述光能量源中的另一個(gè)更靠近所述用于輸送半 導(dǎo)體晶片的構(gòu)件，以在晶片表面上的選定位置上獲得選定的通量密度。
16.如權(quán)利要求14所述的光腔爐，其特征在于，進(jìn)一步包括用于將處理物質(zhì)引入所述 光腔內(nèi)以及從所述光腔排出處理物質(zhì)的構(gòu)件。
17.如權(quán)利要求16所述的光腔爐，其特征在于，進(jìn)一步包括用于控制所述光能的輸 入、處理物質(zhì)的施加以及半導(dǎo)體晶片輸送通過(guò)所述光腔的速率中的至少一個(gè)的構(gòu)件。
18.—種處理半導(dǎo)體晶片的方法，其包括提供光腔爐，所述光腔爐具有與光腔相關(guān)聯(lián)的多個(gè)光能量源；輸送半導(dǎo)體晶片通過(guò)所述光腔，同時(shí)使所述晶片經(jīng)受來(lái)自所述光能量源的通量。
19.如權(quán)利要求18所述的處理半導(dǎo)體晶片的方法，其特征在于，所述光腔由反射器和 包括漫反射表面的壁限定。
20.如權(quán)利要求18所述的處理半導(dǎo)體晶片的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括利用透射 包覆件散射來(lái)自所述光能量源的光能。
21.如權(quán)利要求18所述的處理半導(dǎo)體晶片的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括控制輸入 每個(gè)光能量源的功率。
22.如權(quán)利要求18所述的處理半導(dǎo)體晶片的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括控制所述 半導(dǎo)體晶片輸送通過(guò)所述光腔的速率。
23.如權(quán)利要求18所述的處理半導(dǎo)體晶片的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括控制向所 述光腔添加處理物質(zhì)或者從所述光腔提取處理物質(zhì)。
24.如權(quán)利要求23所述的處理半導(dǎo)體晶片的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括從位于所 述半導(dǎo)體晶片輸送系統(tǒng)限定的處理平面下方的出口排出一種或多種處理物質(zhì)。
全文摘要
一種光腔爐(10)，其具有與爐的光腔(18)相關(guān)聯(lián)的多個(gè)光能量源(12)。所述多個(gè)光能量源(12)可以是燈或適用于產(chǎn)生適當(dāng)級(jí)光能的其他裝置。光腔爐(10)也可包括與光能量源(12)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)反射器(14)和一個(gè)或多個(gè)壁(16)，以使得反射器(14)和壁(16)限定光腔(18)。壁(16)可具有任何期望構(gòu)造或形狀，以增強(qiáng)爐作為光腔(18)的操作。光能量源(12)可相對(duì)于限定光腔的反射器(14)和壁設(shè)置在任何位置。光腔爐(10)可進(jìn)一步包括用于輸送一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶片(20)通過(guò)光腔的半導(dǎo)體晶片輸送系統(tǒng)(22)。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102027581SQ200980108644
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者B·L·索波里 申請(qǐng)人:可持續(xù)能源聯(lián)盟有限責(zé)任公司